Свойства поршневых алюминиевых сплавов и требования к материалам для упрочнения. Большая энциклопедия нефти и газа

В конструкции поршня принято выделять следующие элементы (рис. 5.1):

головку 1 и юбку 2. Головка включает днище З, огневой (жаровой) 4 и уплотняющий 5 пояса. Юбка поршня состоит из бобышек б и направляющей части.

На рис. 5.2 и 5.3 представлены наиболее типичные в настоящее время Конструкции поршней автотракторных двигателей различного типа.

Сложная конфигурация поршня, быстро меняющиеся по величине и направлению тепловые потоки, воздействующие на его элементы, приводят к неравномерному распределению температур по его объему и, как следствие, к значительным переменным по времени локальным термическим напряжениям и деформациям (рис. 5.4).

Теплота, подводимая к поршню через его головку, контактирующую с рабочем телом в цилиндре двигателя, отводится в систему охлаждения через отдельные его элементы в следующем соотношении, %: в охлаждаемую стенку цилиндра через компрессионные кольца - 60...70, через юбку поршня - 20...30, в систему смазки через внутреннюю поверхность днища поршня - 5...10. Поршень также воспринимает часть теплоты, выделяющейся в результате трения цилиндра и поршневой группы.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОСНОВНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ ПОРШНЯ

При проектировании поршня используются статистические данные по конструктивным параметрам его элементов, отнесенным к диаметру цилиндра 1) (рис. 5.5, табл. 5.1).

Высота поршня Н определяется в основном высотой головки h При малой Н существенно возрастает влияние на характер движения поршня несоблюдение при производстве и эксплуатации зазоров, допускаемых между его элементами и зеркалом цилиндра, что может интенсифицировать процессы перекладин, нарушение газо- и маслоуплотнения, повышенные износы стенок канавок компрессионных колец.

Высота головки поршня определяет его габариты и массу, в связи с чем ее выбирают минимально необходимой для обеспечения нормального температурного режима ее элементов. Особое внимание при этом обращается на температуру в зоне канавки верхнего компрессионного кольца и в бобышках поршня.

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕЙ

Для изготовления поршней автотракторных ДВС в настоящее время в основном используют алюминиевые сплавы, реже серый или ковкий чугун, а также композиционные материалы.

Алюминиевые сплавы имеют малую плотность, что позволяет снизить массу поршня и, следовательно, уменьшить инерционны нагрузки на элементы цилиндропоршневой группы и КШМ. При этом упрощается также проблема уменьшения термического со противления элементов поршня, что в сочетании с хорошей теплопроводностью, свойственной данным материалам, позволяет уменьшать теплонапряженность деталей поршневой группы. К положительным качествам алюминиевых сплавов следует отнести малые значения коэффициента трения в паре с чугунными или стальными гильзами.

Однако поршням из алюминиевых сплавов присущ ряд серьезных недостатков, основными из которых являются невысокая усталостная прочность, уменьшающаяся при повышении температуры, высокий коэффициент линейного расширения, меньшая, чем у чугунных поршней, износостойкость, сравнительно большая стоимость.

В настоящее время при изготовлении поршней используют два вида силуминов: эвтектические с содержанием кремния 11...14% и заэвтектические - 17...25%.

Увеличение содержания Si в сплаве приводит к уменьшению коэффициента линейного расширения, к повышению термо- и износостойкости, но при этом ухудшаются его литейные качества и растет стоимость производства.

Для улучшения физико-механических свойств силуминов в них вводят различные легирующие добавки. добавка в алюминиево-кремниевый сплав до 6% меди приводит к повышению усталостной прочности, улучшает теплопроводность, обеспечивает хорошие литейные качества и, следовательно, меньшую стоимость изготовления. Однако при этом несколько снижается износостойкость поршня. Использование в качестве легирующих добавок натрия, азота, фосфора увеличивает износостойкость сплава. Легирование никелем, хромом, магнием повышает жаропрочность и твердость конструкции.

Заготовки поршней из алюминиевых сплавов получают путем отливки в кокиль или горячей штамповкой. После механической обработки они подвергаются термической обработке для повышения твердости, прочности и износостойкости, а также для предупреждения коробления при эксплуатации. Кованые поршни пока используются реже, чем литые.

Чугун в качестве материала для поршней по сравнению с алюминиевым сплавом обладает следующими положительными свойствами: более высокими твердостью и износостойкостью, жаропрочностью, одинаковым коэффициентом линейного расширения с материалом гильзы. Последнее позволяет существенно уменьшить и стабилизировать по режимам работы зазоры в сочленении юбка поршня - цилиндр. Однако большая плотность не позволяет использовать его широко для поршней высокооборотных автомобильных двигателей. Данный недостаток может быть частично нивелирован включением в структуру чугуна шаровидного графита, что позволяет отливать элементы поршня существенно меньшей толщины. Как следует из сказанного выше, ни силумины, ни чугун в полной мере не являются оптимальными материалами для изготовления поршней.

В связи с этим в настоящее время ведется активная работа по использованию для поршней керамических материалов , которые наилучшим образом отвечают требованиям, предъявляемым к материалам поршневой группы. Это малая плотность при высокой прочности, термо-, химико- и износостойкости, низкой теплопроводности и необходимом значении коэффициента линейного расширения.

Один из практических способов использования керамики состоит в изготовлении деталей поршня из металло- или полимерокомпозиционных материалов. Матрицей (основой) первого типа материалов является алюминий или магний, а в качестве наполнителя используют керамические и металлические порошки или волокла пористых материалов. Основу полимерокомпозиционных материалов составляют полимерные материалы с наполнителем из волокон углерода, стекла, порошков металлов или керамики. Они обладают малой плотностью, высокими антифрикционными свойствами и применяются для элементов с небольшими тепловыми нагрузками, например для изготовления юбки поршня.

Перспективным является армирование элементов поршня керамическими волокнами из оксида алюминия и диоксида кремния.

Основными проблемами, сдерживающими широкое использование керамики для изготовления поршней автотракторных двигателей, являются хрупкость, низкая прочность на изгиб, склонность к трещинообразованию и усталости, а также высокая стоимость.

Материал поршня должен быть возможно малой плотности, иметь низкий коэффициент линейного расширения, обладать износостойкостью, высокой теплопроводностью, в том числе при повышенных температурах, иметь хорошую обрабатываемость. При этом важными являются комплексные характеристики материала, а не только отдельные его свойства. Так, уровень термических напряжений зависит от величины Еt и т.д. В зависимости от назначения двигателя и типа конструкции поршня могут быть применены различные материалы. Поршни двигателей многих типов, прежде всего автомобильных и тракторных, изготовляют из легких сплавов литьем в кокиль или штамповкой. В первом случае применяются эвтектические силумины типа 4Л25 (11-13% Si) и заэвтектические. содержащие присадки меди, никеля, магния и марганца. Поршни штампуют из сплавов АК4 и АК4-1, отличающихся высокими прочностными свойствами при повышенных темперах.

Несмотря на то, что масса поршней из алюминиевого сплава меньше массы поршней из чугуна, последний также применяется для изготовления поршней быстроходных двигателей. Из легированного серого и высокопрочного чугунов типов СЧ 24-СЧ 45 и ВЧ 45-5 изготовляют поршни форсированных тепловозных и среднеоборотных двигателей. При повышенной по сравнению с алюминиевыми сплавами температуре плавления чугуна устраняется обгорание кромок на поверхностях, обращенных к камере сгорания.

В составных поршнях для изготовления головки применяют жаростойкие стали типа 2ОХЗМВФ. На изготовление из стали переходят, если максимальная температура в наиболее нагретых зонах поршня превышает ориентировочно 450С. В ряде случаев (накладки поршней двухтактных двигателей) применяют высоколегированные жаропрочные стали. В табл. 11 приведены некоторые теплофизические и механические характеристики ряда материалов поршней с учетом зависимости их от температуры.

Поршень двигателя

К атегория:

Устройство и работа двигателя

Поршень двигателя

Поршень представляет собой металлический стакан, установленный в цилиндре с некоторым зазором. При рабочем ходе поршень днищем воспринимает давление газов, а при других ходах осуществляет вспомогательные такты. Верхняя усиленная часть поршня, воспринимающая давление газов, называется головкой, а нижняя направляющая часть - юбкой. Приливы в стенках юбки, служащие для установки поршневого пальца, называются бобышками.

Поршни карбюраторных двигателей изготовляют из алюминиевых сплавов. Алюминиевые поршни обладают малым весом, вследствие чего уменьшаются силы инерции, а следовательно, и нагрузки на детали двигателя при его работе. Кроме того, алюминиевые поршни, так же как и алюминиевые головки, обладают лучшей теплопроводностью, поэтому они меньше нагреваются при работе и способствуют снижению температуры рабочей смеси.

В результате этого можно повысить степень сжатия двигателя, не опасаясь, что возникнет детонационное сгорание топлива.

В целях повышения износостойкости поршней для их изготовления в последние годы стали применять высококремнистые алюминиевые сплавы с большим содержанием кремния (до 20-25%). Поршни из алюминиевых сплавов изготовляют путем отливки в металлические формы. Для снятия внутренних напряжений в материале литые заготовки поршней подвергают длительному отжигу, а затем подвергают механической обработке.

В карбюраторных двигателях головка поршня имеет плоское днище и толстые стенки с внутренними ребрами, повышающими ее прочность и обеспечивающими хороший отвод тепла. В головке на боковой наружной поверхности имеются канавки для установки поршневых колец. В верхней части головки поршня у двигателей некоторых типов (ГАЗ ) делают глубокую узкую канавку, уменьшающую передачу тепла от днища к верхнему компрессионному кольцу, работающему в особенно неблагоприятных условиях, чтобы устранить опасность его пригорания. В некоторых двигателях (ЗИЛ ) в головку при заливке поршня заделывается чугунная кольцевая вставка, в которой протачивается канавка для верхнего компрессионного кольца. Такое мероприятие повышает долговечность поршня.

Для улучшения приработки поршней в цилиндрах и для уменьшения износа на юбку 2 поршня наносят специальные покрытия. Обычно трущуюся поверхность юбки лудят - покрывают очень тонким слоем олова (толщиной 0,004-0,006 мм). В средней части юбки делают приливы-бобышки 3 с отверстиями для установки поршневого пальца.

Для того чтобы при нагревании поршень мог расширяться без заедания в цилиндре, поршень устанавливают с зазором между стенкой цилиндра и юбкой. Алюминий расширяется при нагревании значительно больше, чем чугун. Чтобы в холодном двигателе зазор между поршнем и цилиндром не был чрезмерно большим, что может вызвать стуки поршня и утечку газов из цилиндра, в алюминиевых поршнях применяют пружинящие разрезные юбки. При боковом разрезе по всей длине юбка несколько пружинит, и поршень вставляется в цилиндр холодного двигателя плотно, с малым зазором. При нагревании поршня разрез дает возможность юбке расшириться без заедания поршня в цилиндре. Применяют также поршни с частичным, несквозным разрезом Т- или П-образной формы, что повышает жесткость юбки.

Для уменьшения бокового зазора сечение юбки делают не круглой формы, а овальной. Величина овальности (разность осей овала) юбки равна примерно 0,15-0,29 мм. Поршень устанавливают в цилиндре холодного двигателя с минимальным зазором по большой оси овала юбки, располагаемой в плоскости качания шатуна, где действуют боковые силы, прижимающие поршень к стенкам цилиндра. При нагревании поршня юбка может расширяться в направлении малой оси овала, где между юбкой и цилиндром имеется большой зазор. Поршни по длине изготовляют ступенчатыми или конусными, так как зазор вверху между стенкой цилиндра и головкой поршня должен быть больше, чем внизу, вследствие большего нагревания головки. Величина зазора между юбкой поршня и цилиндром для двигателей разных марок колеблется в пределах 0,012-0,08 мм.

Рис. 1. Конструкция поршня

Чтобы при нагревании поршни меньше расширялись, а также для повышения их прочности, в поршни двигателей некоторых марок при отливке заделывают пластинки из специальной малорасширяющейся стали. Для уменьшения веса у некоторых поршней вырезают нерабочую часть юбки. Эти вырезы служат также для прохода противовесов при вращении коленчатого вала у короткоходных двигателей.

Для обеспечения лучшего уравновешивания двигателя поршни к каждому двигателю подбирают равного веса. С этой целью на днище поршня, кроме указания группы по размеру, выбивают соответствующую метку весовой группы. Разница в весе поршней, подбираемых для одного двигателя, не должна превышать 6-8 г.

При сборке поршни обычно устанавливают разрезом на левую сторону двигателя, так как во время работы к этой стороне поршень прижимается с меньшей силой. Для удобства сборки на днище поршня в этом случае делают специальную метку, которая должна быть обращена к передней части двигателя.

Рис. 2. Типы поршней

В дизелях применяют поршни из специального чугуна (двухтактные дизели ЯАЗ ) или из высококремнистого алюминиевого сплава (четырехтактные дизели ЯМЗ ) с неразрезной юбкой, имеющей большую жесткость. Так как в дизелях боковая сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра, достигает значительной величины, то для получения нормального удельного давления между цилиндром и поршнем юбку делают большей длины, Днище поршня, воспринимающее значительное давление газов, делают более прочным с усилением его внутренней стороны большим количеством ребер. Для обеспечения хорошего смесеобразования при непосредственном впрыске топлива в днище поршня располагается камера сгорания специальной формы.

К атегория: - Устройство и работа двигателя

Алюминиевые поршни отливают с металлическим стержнем. Литниковая система 4 расположена в плоскости разъема. Внутреннюю полость отливки образует металлический стержень. На рис. 92 показан металлический стержень из трех частей.  

Алюминиевые поршни, отлитые в кокиль, проходят термическую обработку до механической обработки.  

Алюминиевые поршни устанавливают в цилиндры со значительно большим зазором, чем чугунные. Это объясняется тем, что, алюминиевые сплавы при нагревании расширяются больше, чем чугун. При работе в нагретом состоянии зазор между поршнем и цилиндром должен быть определенной величины, чтобы надежно удерживать пленку масла.  

Алюминиевые поршни отличаются меньшим весом и коэффициентом трения, но уступают чугуну по износостойкости. Все поршни подвергают старению.  

Алюминиевые поршни изготовляются штампованными, прессованными а литыми. Для авиационных двигателей наибольшее распространение имеют штампованные и прессованные поршни.  

Алюминиевые поршни отличаются меньшим весом н коэффициентом трения, но уступают чугуну по износостойкости. Все поршни подвергают старению.  

Алюминиевые поршни и головка блока цилиндров лучше отводят тепло, чем чугунные, поэтому условия для возникновения детонации в двигателях с алюминиевыми поршнями и головкой блока цилиндров менее благоприятны.  

В алюминиевые поршни пальцы устанавливают с натягом, поэтому перед сборкой поршень нагревают до 70 - 75 в горячей воде. Палец при этом должен легко входить в отверстия бобышек.  

Как известно, алюминиевые поршни обладают высоким коэффициентом линейного расширения. Нагрев поршня на 10 вызывает изменение его диаметра на 12 мк.  

С, /, 150 - 200 С - алюминиевые поршни, / г 250 - 450 С, ю 180 - 240 С - чугунные поршни; при воздушном охлаждении величины г я tIO можно принимать примерно на 30 - 40 % больше, чем при водяном охлаждении.  

Снижение веса поршня позволяет уменьшить инерционные силы поступательно движущихся масс. Следует, однако, отметить, что несмотря на значительную разницу в удельных весах алюминиевых сплавов и чугуна алюминиевые поршни лишь на 25 - 30 % легче чугунных поршней такого же диаметра. Это объясняется тем, что для обеспечения прочности и жесткости алюминиевые поршни выполняют с более толстыми, чем у чугунных поршней, днищами, боковыми стенками и оребрением.  

Подгонку по весу обычно производят растачиванием внутреннего пояска юбки поршня, а у облегченных конструкций поршней - удалением металла с нижней плоскости и приливов у бобышек под палец (алюминиевые поршни), а также растачиванием специального прилива на внутренней стороне юбки поршня, ниже бобышек под палец.  

Применение алюминиевых сплавов для изготовления поршней дало возможность снизить вес двигателя и удельный расход топлива на единицу мощности.

История применения жаропрочных сплавов алюминия ведет свое начало от появления в 1907-1908 гг. первых литых поршней для гоночных автомобилей из сплавов алюминия с цинком.

Современные алюминиевые сплавы, как правило, технологичны, имеют относительно высокую прочность и пластичность. В таблице 10.1 приведен химический состав, а в таблице 10.2 физико-механические свойства некоторых поршневых сплавов при нормальной и повышенной температуре.

Как видно из таблицы 10.1, поршневые сплавы отличаются довольно сложным химическим составом, потому что для повышения жаропрочности их обычно легируют медью, марганцем, никелем, хромом, кобальтом и другими элементами. Поэтому целесообразно рассмотреть влияние легирующих элементов на структуру и свойства поршневых сплавов.

В настоящее время поршни отечественных автомобильных и тракторных двигателей в большинстве своем изготавливают из алюминиевых сплавов типа АЛ 25 и АЛ 26. Эти сплавы относятся к эвтектическому типу - в равновесии находятся твердый раствор кремния в алюминии и твердый раствор алюминия в кремнии.

Микроструктура двойных силуминов типа Al-Si состоит из двух фаз: a-твердого раствора кремния в

алюминии и твердого раствора алюминия в кремнии, который находится в виде отдельных частиц или в двойной эвтектике. Твердый раствор на основе алюминия представляет собой сравнительно мягкую (Нц ■=23-34 Н/ мм2) и пластичную фазу, а твердый раствор кремния характеризуется высокой твердостью (Цц =800-1000 Н/ мм2) и хрупкостью. Таким образом, функцию упрочняющей фазы в двойных силуминах выполняет кремний .

В настоящее время не существует общей модели, которая давала бы возможность полностью объяснить увеличение прочностных характеристик силуминов при повышении концентрации кремния. В отношении литых сплавов полагают , что в первую очередь это связано с увеличением относительного объема эвтектических колоний, механические характеристики которых существенно превышают аналогичные свойства первичных кристаллов а АІ. Применительно к эвтектическим колониям авторы работы использовали модель дислокационного упрочнения двухфазных сплавов, объясняющую повышение прочностных характеристик торможением дислокаций вблизи включений второй фазы. Авторы работ отмечают, что изменение содержания кремния в пределах 10-14% существенно не влияет на свойства сплава.

В настоящее время наблюдается тенденция применять для тяжело нагруженных форсированных двигателей силумины с высоким содержанием кремния.

Как уже упоминалось, для того, чтобы повысить

прочностные свойства поршневых сплавов и сделать их восприимчивыми к упрочняющей термообработке, используют дополнительное легирование медью и магнием. Изменение содержания меди в пределах 0,5-4,5% мало отражается на прочности сплава при комнатной температуре, но повышение содержания меди способствует повышению длительной прочности при температуре 570 К .

Это объясняется тем, что медь при высоком содержании повышает межатомную связь твердого раствора, содержащего марганец, магний и другие аналогичные элементы.

Кроме того, при распаде твердого раствора сложного по составу сплава образуются дисперсные частицы фазы T(AlJAn2Cu), которые способствуют созданию микрогетерогенности внутри зерен твердого раствора, что затрудняет их деформацию. Избыточная медь участвует в образовании никельсодержащей фазы, которая кристаллизуется в разветвленной форме, ее частицы, располагаясь по границе зерен твердого раствора, блокируют их и тем самым обеспечивают значительное повышение жаропрочности сплава. Медянистые сплавы, содержащие 5-11% Si и 3-5% Си, могут значительно упрочняться в результате закалки и старения. Согласно , наибольший эффект упрочнения имеют сплавы, содержащие примерно 4% Си. Из диаграммы срстояния Al-Si-Cu следует, что система не имеет тройных соіединений, а фазы aAl, Si, Cu^Al образуют тройную эвтектику с температурой плавления 1053 К . Фаза Cu^l, появляющаяся при избыточном содержании меди, способствует охрупчиванию сплава, понижению коррозионной стойкости и повышению склонности к объемным изменениям («росту» поршней).

Для того, чтобы повысить прочностные свойства поршневых сплавов, используют легирование магнием. Однако введение магния повышает прочность сплава при комнатной температуре, но мало сказывается на жаропрочности Из всех легирующих элементов магний оказывает наибольшее влияние на эффект термической обработки. Прирост прочностных свойств в результате термической обработки наблюдается при содержании в сплаве уже 0,2% Mg2Si. С увеличением количества Mg^Si повышается твердость, временное сопротивление и предел текучести, а относительное удлинение уменьшается. Максимальный эффект от термической обработки достигается при содержании в сплаве около 2% фазы Afg-Ді, что соответствует примерно 1% Mg.

Введение никеля мало изменяет механические свойства поршневых сплавов при комнатной температуре, но заметно повышает их жаропрочность. Это объясняется тем, что введение никеля обеспечивает упрочнение границ зерен a-твердого раствора устойчивыми никельсодержащими фазами.

Из проведенного анализа можно заключить, что свойства многокомпонентных алюминиевых сплавов определяются их химическим составом, однако выбор оптимального состава затруднен из-за неясности взаимодействия компонентов в тройных и более сложных системах сплава. Следует лишь отметить, что большинство исследователей сходится во мнении о положительном влиянии на служебные свойства таких компонентов, как никель, медь, кремний, титан.

Таким образом, при разработке материалов для упрочнения наплавкой необходимо выбирать такую технологию и электродный материал, которые позволили бы регулировать химсостав наплавленного металла в широком диапазоне с целью обеспечения повышенной работоспособности поршня. При этом необходимо учитывать достаточно противоречивые требования к наплавленному металлу, сводящиеся, в основном, к следующему.

Упрочняемый материал поршня в зоне верхней канавки (по сравнению с основным сплавом поршня) должен иметь при повышенных температурах более высокую твердость (для снижения абразивного изнашивания) и жаропрочность (для уменьшения пластической деформации).

Кроме того, он должен обладать пониженным коэффициентом термического расширения, так как цилиндры двигателей стальные, коэффициент термического расширения которых в два раза меньше, чем у алюминия, повышенной теплопроводностью, обеспечивающей быстрый отвод тепла от камеры сгорания двигателя.

Необходимо обеспечить стабильную структуру материала поршня в зоне верхней канавки поршня, так как структурные изменения могут привести к объемному изменению поршня и заклиниванию его.

Исходя из анализа условий работы поршней современных тяжело нагруженных дизельных двигателей, следует, что наплавляемый материал должен иметь достаточно высокую антифрикционность и износостойкость, высокую теплопроводность, хорошую коррозионную стойкость, минимальную склонность к необратимым изменениям размеров при повышенных температурах, малый удельный вес и хорошую обрабатываемость.

Поршни двигателей внутреннего сгорания, особенно бы­строходных, работают в тяжелых условиях с точки зрения механической и тепловой нагрузки. Горячие газы ускоряют процесс коррозии днища поршня, температура которого до­стигает в отдельных местах 400…500 °С. Стенки поршня трутся о поверхность цилиндра при значительных давлениях от боковых сил шатуна и линейных скоростях движения. Бобышки поршня испытывают знакопеременную нагрузку.

Исходя из этого, к материалу поршней предъявляются следующие требования:

1) хорошая теплопроводность;

2) высокая механическая прочность;

3) достаточная жаропрочность;

4) плотность материала

5) хорошее сопротивление износу и коррозии;

6) невысокий коэффициент трения;

7) коэффициент линейного расширения поршня должен быть близок к коэффициенту линейного расширения мате­риала цилиндра.

В двигателях мало- и среднеоборотных основным мате­риалом служит чугун марок СЧ24 и СЧ28 легированный хромом и другими присадками. Иногда используют высокопрочный чугун. Для отъемных головок поршней боль­ших размеров применяют материалы, не обладающие анти­фрикционными свойствами, но более жаропрочные: поковки и отливки из легированных сталей 20ХМ, ЗОМ и других, высокопрочного чугуна ВЧ50.

Поршни для легких многооборотных двигателей, а в не­которых случаях и для более крупных двигателей изготавли­вают из алюминиевых сплавов. преимуществам которых яв­ляется малая плотность сплавов и высокая теплопроводность. Недостатком алюминиевых сплавов, не считая меньшей со­противляемости износу, следует считать высокий коэффи­циент линейного расширения, требующий больших зазоров между цилиндром и поршнем в холодном состоянии.

В быстроходных двигателях литые сплавы вытесняются кованными, обладающими более высокой прочностью: АК4, АК4-1, а также АК2 с пределом прочности s в = 400…450 МПа.

В качестве заготовок для поршней применяют отливки и штамповки.

В серийном производстве чугунных и алюминиевых поршней широко применяется литье в металлические формы (в кокиль).

Поршни из сплавов АК2 и АК4 изготавливаются штам­повкой. При штамповке непосредственно из слитка часто появляются трещины и ухудшается структура; поэтому поршни штампуют из катаных или прессованных заготовок.

На объем и сложность технологического процесса изготовления детали большое влияние оказывают требования к механической обработке. Для большинства ответственных деталей эти требования, как правило, приводятся в государ­ственных или отраслевых стандартах.

Требования к механической обработке заготовок поршней следующие:

1) ось отверстия под поршневой палец должна быть пер­пендикулярна к образующей поршня (во избежание перекоси поршня в цилиндре). Допуск перпендикулярности 0,1...0,15 мм на 1 м длины контрольного валика;

2) ось отверстия под палец должна лежать и папой плоскости с осью поршня. Допуск пересечения осей 0.2...0,3 мм для чугунных поршней и 0,1...0,2 мм для алюминиевых;

3) боковые плоскости канавок для колец должны быть перпендикулярны к образующей поршня. Допуск перпендикулярности 0,02...0,03 мм;

4) контур днища поршня должен быть выдержан с точностью 0,2...0,5 мм.

5) должна быть обеспечена герметичность полости охлаждения;

6) обработка по размерам (рис. 1) ведется с точностью, указанной в табл. 1;

7) отклонение массы поршня от указанной в чертеже не должно превышать 0,8...1,2 % для алюминиевых и 1...2 % для чугунных поршней;

8) шероховатость обработанных поверхностей обычно аналогична приведенной на рис. 1.

В качестве примера рассмотрим типовой технологический процесс обработки чугунного поршня для средне­оборотного двигателя в условиях серийного производ­ства. Такой выбор поршня и типа производства обусловлен тем, что в дизелестроении мелкосерийное производство явля­ется наиболее распространенным, а при обработке поршня такого размера и материала применяются наиболее харак­терные способы и приемы. При этом необходимо учесть следующее:

1) основными обрабатываемыми поверхностями поршней являются поверхности тел вращения; их обработка произ­водится, главным образом, на токарных и расточных стан­ках;

2) поршни являются тонкостенными деталями и поэтому легко деформируются, что затрудняет обеспечение высокой точности обработки. Для ее повышения пользуются вспомо­гательными, точно обработанными базирующими поверхно­стями, установка на которые позволяет зажимать поршень без значительных деформаций. Чаще всего за такие базы принимают точно обработанный поясок юбки поршня и ее торец.

Рис. 1. Поршни:

а) чугунный литой; б) алюминиевый штампованный

Таблица 1

Точность обработки поршня